книги из ГПНТБ / Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник

с измерительными преобразователями. К ним относятся датчики давления, разрежения, температуры, расхода, уровня, состава

исвойств веществ и т. п.

2.Устройства для преобразования, хранения и обработки информации. К ним относятся: приборы контроля — показываю­ щие и записывающие один или несколько параметров; регули­ рующие приборы; средства вычислительной техники.

3.Исполнительные устройства. К ним относятся электриче­ ские, пневматические и гидравлические исполнительные меха­ низмы, шаговые исполнительные механизмы.

ГСП построена по ветвям в зависимости от вида используе­ мой энергии (электрическая, пневматическая и гидравлическая

ветви). Электрическая ветвь, в свою очередь, подразделяется на электрическую аналоговую ветвь, в которой вырабатывается, передается и используется информация о непрерывных значе­ ниях контролируемых величин, и электрическую дискретную ветвь, в которой источником информации служат дискретные значения контролируемых величин.

В некоторых случаях оказывается целесообразным создание комбинированных систем, использующих различные виды энер­ гии. При этом, например, для получения, передачи и обработки информации могут применяться электрические приборы, а для воздействия на процесс — пневматические и гидравлические устройства.

1. Электрическая аналоговая ветвь ГСП

До создания ГСП наибольшее распространение в энергети­ ческом, химическом производстве и в промышленности строи­ тельных материалов получила система приборов для автомати­ ческого регулирования ВТИ. Приборы в этой системе работают от реостатных, дифференциально-трансформаторных, индукци­ онных датчиков переменного тока, а также термопар и термо­ метров сопротивлений. Недостаток этой системы — необходи­ мость преобразования выходных сигналов датчиков в унифици­ рованные сигналы для связи с управляющими вычислительными

машинами.

В некоторых отраслях промышленности (например, метал­ лургической) используется ферродинамическая система автома­ тического контроля и регулирования, в которую входят ферродинамические датчики и регулирующие устройства, работающие от стандартизированных сигналов напряжения переменного тока от —1 до +1 В.

Распространенной системой является также электрическая агрегатная унифицированная система ЭАУС. В ней использу­ ется сигнал постоянного тока, что позволяет непосредственно применять приборы и устройства ЭАУС для совместной работы с машинами централизованного контроля и управляющими вы-

60

числительными машинами. Система состоит из датчиков, преоб­ разователей, регулирующих приборов, исполнительных механиз­ мов, электропневматических позиционеров, преобразователей для связи с пневматической системой управления. В системе обеспе­ чивается взаимозаменяемость устройств, а также возможность реализации различных систем управления на базе однотипных блоков.

Электрическая аналоговая ветвь ГСП включает в себя при­ боры и блоки, имеющие унифицированные параметры входных и выходных сигналов, что позволит реализовать практически любые требуемые схемы автоматизации, обеспечить заданную точность, быстродействие, надежность и взаимозаменяе­ мость.

В электрической аналоговой ветви ГСП используются дат­ чики с выходным унифицированным токовым сигналом 0—5, 0—20 мА.

Могут применяться датчики с естественным выходным сиг­ налом (тогда они снабжаются дополнительным устройством, преобразующим выходной сигнал датчика, например э. д. с., в унифицированный токовый сигнал; в этом случае обе части обычно объединяются конструктивно в один прибор).

Датчики построены по блочно-модульному принципу и кон­ структивно унифицированы. Использование различных изме­ рительных блоков зависит от вида измеряемого параметра и предела измерения. Преобразователи обладают линейной или квадратичной характеристикой. Применение преобразователя с квадратичной характеристикой позволяет получить в дифмано- метрах-расходомерах выходной сигнал, прямо пропорциональ­ ный измеряемому расходу.

Для преобразования выходной величины датчика в унифици­ рованный сигнал, а также для связи устройств с разными по роду энергии сигналами при создании комбинированных систем автоматического регулирования производственных процессов ис­ пользуются нормирующие преобразователи. В системе ГСП нор­ мирующие преобразователи являются одним из основных эле­ ментов, так как выполняют функцию звена, связывающего с помощью стандартного унифицированного сигнала первичные элементы системы (датчики) со вторичными устройствами (вто­ ричные приборы, регуляторы, сигнализаторы, машины центра­ лизованного контроля, управляющие и вычислительные ма­ шины).

Из приборов и устройств основной части электрической ана­ логовой ветви ГСП выпускаются бесконтактные регулирующие приборы, блоки дистанционного управления, магнитные усили­ тели, исполнительные механизмы.

Для контроля параметров технологического процесса выпус­ кается комплекс аналоговых сигнализирующих контактных при­ боров АСК.

61

2.Электрическая дискретная ветвь ГСП

Всостав устройств ГСП электрической дискретной ветви входят релейные, импульсные и цифровые датчики (т. е. с релей­ ным и цифровым выходом), аналого-цифровые преобразователи, цифровые регуляторы и вычислительные устройства, устройства централизованного контроля, цифровые печатающие устройства, дискретные шаговые и кодовые исполнительные механизмы.

Электрическая дискретная ветвь ГСП пока мало развита, однако та ее часть, которая имеет дело с цифровыми приборами и устройствами, развивается бурными темпами и очень пер­ спективна. Достаточно указать на цифровые измерительные при­ боры, цифровые регуляторы и цифровые вычислительные и уп­

равляющие машины.

Датчики с цифровым выходом позволяют легко сопрягать их с цифровыми регуляторами, управляющими машинами, что существенно упрощает передачу сигналов по каналам связи. Цифровая техника при этом позволяет обеспечить высокую точ­ ность систем регулирования.

На базе цифровых приборов контроля и регулирования раз­ работан комплекс технических средств для локальных информа- ционно-управляющих систем К.ТС — ЛИУС. Комплекс включает в себя:

датчики с импульсным кодовым выходом; аналого-цифровые

ицифро-аналоговые преобразователи; измерительные усилители; цифровые одноканальные и многоканальные регуляторы; цифро­ вые вычислительные и регистрирующие устройства. Все приборы

иустройства, входящие в КТС— ЛИУС, строятся по блочно­

модульному принципу.

Комплекс позволяет создавать системы автоматического ре­ гулирования, включающие датчики, регуляторы, исполнительные механизмы, а также дистанционные корректоры задания, свя­ зывающие выходные сигналы УВМ с регулирующими прибо­ рами.

3. Пневматическая ветвь ГСП

Пневматическая ветвь ГСП основана на использовании пнев­ матических приборов и устройств, в которых в качестве источ­ ника энергии применяется сжатый воздух, а носителем информа­ ции служит пневмосигнал. К числу таких приборов и устройств относятся датчики, измерительные преобразователи, а также по­ зиционеры и исполнительные механизмы с выходными пневма­ тическими сигналами. Диапазон изменения входных и выходных аналоговых сигналов 0,2—1,0 кгс/см2. К наиболее ценным свой­ ствам пневматических устройств относятся простота схем и ап­ паратуры, надежность их работы, взрыво- и пожаробезопас­ ность, что является основным фактором при автоматизации про­

62

изводственных процессов в химической, нефтяной, газовой и- других отраслях промышленности. Наибольшее распространение получили приборы, построенные на элементах УСЭППА— уни­ фицированной системы элементов приборов пневмоавтоматики.

В частности, из унифицированных элементов УСЭППА по­ строена пневматическая система «Старт». Регуляторы в этой системе выполнены по элементному принципу, при котором при­ боры собираются из унифицированных элементов того или иного функционального назначения. Особенность УСЭППА заключа­ ется в том, что из небольшого числа элементов, выполняющих лишь простейшие операции, собираются отдельные блоки или модули непрерывного и дискретного действия, на базе которых и создаются те или иные типы регулирующих и вычислитель­ ных устройств.

Система УСЭППА состоит из пневматических усилителей, реле, сопротивлений, емкостей и других аналогов электрических элементов. В номенклатуру системы входят регуляторы, опти­ мизаторы, вторичные приборы контроля, обегающие и вычисли­ тельные устройства.

4. Гидравлическая ветвь ГСП

По сравнению с электрической и пневматической ветвями ГСП гидравлическая ветвь пока развита незначительно. В комп­ лекс унифицированных гидравлических средств автоматизации с использованием воды в качестве рабочей жидкости (электрон­ но-гидравлическая система автоматического регулирования «Кристалл») входят датчики давления, разрежения, перепада давлений, гидравлические регулирующие устройства с П- и ПИ- ■законами регулирования и гидравлические исполнительные ме­ ханизмы.

Гл а в а II. ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ

1.Электронные регулирующие приборы системы ВТИ

Для автоматического регулирования производственных про­ цессов, в зависимости от назначения, используются гидравличе­ ские, пневматические, электронные регуляторы самых разнооб­ разных типов,

В промышленности строительных материалов в основном применяются электронные регуляторы типа РПИБ системы ВТИ.

Структурная схема регуляторов приведена на рис. 37. Элект­ рические сигналы от датчиков 1, пропорциональные значениям измеряемых величин, подаются на измерительный блок 2 элект­ ронного регулирующего прибора (на схеме прибор отмечен

63

пунктирной линией). В измерительном блоке сигналы датчиков алгебраически суммируются и сравниваются с сигналом задат­ чика Зд. -При равенстве этих сигналов регулирующий прибор сбалансирован. Схема измерительного блока зависит от коли­ чества и типа применяемых датчиков. При отклонении суммар­ ного сигнала от нуля на выходе измерительного блока возни­ кает сигнал разбаланса, который поступает на вход электрон­ ного блока прибора 3. В электронном блоке происходит усиление сигнала, вырабатываемого измерительным блоком, и форми­ руется управляющее воздействие с помощью выходного эле­ мента 4. Управляющее воздействие подается через переключа­ тель вида управления 6 на пусковое устройство 8 для управле­ ния исполнительным механизмом 9. Одновременно выходной элемент электронного блока воздействует на устройство упру­ гой обратной связи 5, охватывающее электронный блок.

В регуляторе предусмотрена также возможность подачи об­ ратной связи с исполнительного механизма на вход измери­ тельного блока с помощью датчика перемещения, установлен­ ного в исполнительном механизме. В схеме регулятора имеется ключ дистанционного управления 7 и указатель положения 10 регулирующего органа 1 1 .

Электронный регулирующий прибор конструктивно выполнен

в едином корпусе.

Таким образом, электронные регуляторы серии РПИБ осу­ ществляют алгебраическое суммирование сигналов датчиков с сигналом задатчика, выработку необходимого закона регули­ рования и управление регулирующими органами с помощью ис­ полнительных механизмов. Каждый регулятор может с опреде­

ленной точностью поддерживать постоянство одной регулируемой величины, суммы несколь­ ких величин, заданное соотношение между двумя величинами. Устройства обратной свя­ зи придают регуляторам динамические свой­ ства, необходимые для осуществления высо­ кокачественного регулирования.

В зависимости от способа измерения и пре­ образования измеряемой величины в элек­ трический сигнал на выходе датчика может быть сигнал постоянного или переменного тока.

В комплекте с электронными регулирую­ щими приборами выпускаются измерительные приборы (датчики) для измерения давления, разрежения, перепада давлений, температуры и другие. Измерительные приборы для изме-

Рис. 37. Структурная схема регуляторов системы ВТИ

64

65

положении, развиваемые на обмотках напряжения равны и нахо­ дятся в противофазе. Ток, протекающий по сопротивлению R, будет равен нулю. Дифференциальное действие катушки про­ является в том, что перемещение плунжера в определенном на­ правлении увеличивает индуктивное сопротивление в одной из вторичных обмоток и уменьшает в другой. Во вторичной цепи измерительной схемы потечет ток, величина которого пропор­ циональна величине перемещения плунжера, а его фаза зави­ сит от направления перемещения плунжера от среднего поло­ жения.

Способ включения нагрузки в схему с реостатным датчиком (рис. 38, в) аналогичен способу включения в схему с индукци­ онным датчиком.

Зависимость напряжения V на выходе схемы от положения плунжера датчиков I приведена на рис. 39. Рабочая часть ха­ рактеристики, т. е. ее линейный участок, соответствует отклоне­ нию плунжера на ±2,04-2,5 мм от среднего положения. Измене­ ние напряжения на нагрузке ^.соответствующее смещению плун­ жера на 1 мм, называется к р у т и з н о й х а р а к т е р и с т и к и у, мВ/мм. Крутизна характеристики — чувствительность — изме­ няется перемещением движка потенциометра R. Чувствитель­ ность при среднем положении движка потенциометра R харак­ теризуется кривой 2. Чувствительность увеличивается при пере­ мещении движка вправо (кривая /) и уменьшается при перемещении движка влево (кривая 3).

Таким образом, чтобы выбрать необходимую величину чув­ ствительности датчика, перемещают движок потенциометра R. Зависимости для реостатного датчика линейны во всем диапа­ зоне перемещений его движка.

Измерительные блоки регулирующих приборов РПИБ. Тип выбранных первичных приборов (датчиков) определяет, в свою очередь, и тип электронного регулирующего прибора. Так, для подключения индукционных дифференциальных и реостатных датчиков служит измерительный блок типа И-ІІІ-62, принципи­ альная схема которого представлена на рис. 40. На вход блока мцжет быть подключено от одного до трех датчикфв. В схеме измерительного блока происходят суммирование и компенсация сигналов, поступающих от датчиков. Схема выполнена таким образом, чтобы при заданном значении регулируемого пара­ метра (или определенном соотношении параметров, или их сумме) напряжение на первичной обмотке трансформатора Тр2 (гнезда Д —Е) было бы равно нулю. При отклонении регули­ руемой величины от заданного значения на выходе схемы появ­ ляется пропорциональное этому отклонению напряжейие пере­ менного тока, фаза которого соответствует направлению откло­

66

Индукционные и реостатные датчики подсоединяются к клем­ мам 31—32—33, 34—35—36, 37—38—39, причем средний вывод датчика подсоединяется соответственно к клеммам 32, 35, 38. Дифференциально-трансформаторные датчики питаются напря­ жением 12 В переменного тока с клемм 31—33, 34—36, 37—39, вторичные обмотки этих датчиков подсоединяются соответст­ венно к клеммам 32—23, 35—26, 38—27. Каждый датчик, следо­ вательно, образует с соответствующей обмоткой трансформатора Трі мост переменного тока. В диагонали этих мостов включены потенциометры «чувствительность» (Rai, R&2,Rse) ■Каждый потен­ циометр шунтирован емкостью (С57, Css, C5g) для уменьшения угла сдвига фаз между напряжением питания блока и выходным напряжением датчика. Напряжения с каждого потенциометра последовательно суммируются с учетом направления действия датчиков. Изменение направления действия датчика в случае не­ обходимости достигается переключением крайних концов (31, 33, 34 и 36, 37 и 39) на клеммах измерительного блока прибора.

Для балансировки измерительной схемы предусмотрен вспо­ могательный мост, питающийся от отдельной обмотки трансфор­ матора (IV) Трі и состоящий из потенциометра Rao (корректора) и выносного задатчика, с помощью которого вручную можно менять заданное значение регулируемой величины. Цена деле­ ния и диапазон действия задатчика и корректора определяются положением движка потенциометра Ra5 «чувствительность задат­ чика», включенного в диагональ моста. Выходной сигнал этого моста включен последовательно с сигналом измерительной схемы. Изменяя величину и фазу этого сигнала путем поворота движков задатчика или корректора, можно смещать характе­ ристику сигнала измерительной схемы.

На рис. 41, а дана эквивалентная схема измерительного блока, а на рис. 41, б, в, г — примеры, поясняющие действие схемы при подключении двух датчиков. На рис. 41, б сигналы, снимаемые с резисторов Rai и Ra2, равны и противоположны. Вспомогательный мост сбалансирован, т. е. напряжение на ре­

равны и противоположны, но напряжение на резисторе Ra5 не равно нулю (движок задатчика сдвинут вправо). На клеммах Д—Е появится результирующий сигнал, в данном случае рав­ ный сигналу на резисторе Ra5.

На рис. 41, г сигналы, снимаемые с резисторов Ra1 и Ra2, противоположны, но не равны, сигнал на резисторе Raa Отличен от нуля (движок задатчика сдвинут вправо). На клеммах Д —Е появится результирующий сигнал, в данном случае суммирую­ щий сигналы с резисторов Rai, Ra2 и Raa с учетом знака. Схема

67

этого трансформатора нагружена фазочувствительным усили­ тельным каскадом, выполненным на транзисторе 7Y Назначе­ ние этого каскада — предварительное усиление сигнала разба­ ланса с одновременной его демодуляцией.

Чтобы предотвращать частые срабатывания регулятора при пульсации регулируемого параметра, на выходе каскада пре­ дусмотрен демпфер (емкость С52 и потенциометр Rw). Кроме того, пульсация выходного напряжения гасится фильтром, обра­ зованным емкостью С51 и резистором R76 (см. рис.40). Выход из­ мерительного блока (клеммы 24—25 на рис. 40) соединен со входом электронного блока.

Рис. 41. Примеры, поясняющие действие схемы

а — эквивалентная схема; б, в, г — примеры

В том случае, когда на регулятор необходимо подключить сигналы четырех датчиков, применяется измерительный блок типа И-ІѴ-62 (рис. 42). Каждая из обмоток V и VI трансформа­ тора Трі служит для питания двух датчиков. Соответственно в измерительном блоке находятся четыре потенциометра «чув­ ствительность» (R&i—Rsi), каждый из которых шунтирован ем­ костями (С57—Сбо). Индукционные и реостатные датчики под­ ключаются на клеммы 31—32—33, 31—35—33, 37—38—39, 37— 36—39, причем средний вывод датчиков подключается соответ­ ственно к клеммам 32, 35, 38, 36. Дифференциальные датчики получают питание 12 В переменного тока с клемм 31—33, 37^-39 (от каждой пары клемм получают питание одновременно 2 дат­ чика). Вторичные обмотки дифференциальных датчиков подклю­ чаются соответственно к клеммам 32—23, 35—23, 38—27, 36—27.

В остальном принципиальная схема измерительного блока И-ІѴ-62 ничем не отличается от принципиальной схемы И-ІІІ-62.

69